620.1
621.762

CВС-матеріали
система TiFe-20C-2B
математичні моделі
самопоширюючий високотемпературний синтез (СВС)
температура запалювання
композиційні матеріали
SHS-material system TiFe-20C-2B
synthesis (SHS)
mathematic models
initiation temperature
composite materials

Розраховано температури запалювання композиційного матеріалу TiFe-20C-2B при високотемпературному процесі. Для цього аналітично розв’язано крайову задачу непрямим методом (методом Лапласа) для циліндричної заготовки. Наведено результати змодельованого температурного інтервалу всього високотемпературного процесу й температури запалювання. Отримані графічні результати розподілу діапазону температур запалювання та максимальної температури високотемпературного синтезу підтверджують математичні обчислення методом Лапласа. Для детального аналізу температури початку горіння та максимальної температури високотемпературного синтезу циліндричних заготовок використано процедури числового моделювання Steaty-State Thermal, метод скінченних елементів у програмному забезпеченні ANSYS. Застосування чисельних та аналітичних методів надає можливість комплексно проаналізувати теплотехнічні, фізико-хімічні процеси в циліндричній заготовці після високотемпературного синтезу.
Energy saving technology of the high-temperature synthesis is one of the competitive processes of modern production. The high-temperature synthesis is the kind of combustion, which produced valuable solids by moving wave chemical reaction in a mixture of reagents to form a solid end products. The high temperature process is characterized by the absence of external energy, simple process, using powders obtained after utilization. Analysis of the papers dealing with the properties of the composite materials showed, that materials such as titanium, carbon, iron, boron received the most industrial applications for use in high temperature regimes. In the article we calculated the ignition temperature of the composite material TiFe-20C-2B, which was received under the high temperature synthesis. Analytically we solved boundary value problem according to the indirect method (Laplace method) for the cylindrical blank of the composite material. We modeled heat process in the combustion stage for schematic model of the movement of the flame with speed u in cylindrical blank. We got the ignition temperature (161°C = 434,5K) of the high-temperature process for the composite material TiFe-20C-2B. This resut is the basis for further research to determine the maximum temperature. In the article we presented the results of the simulated temperature range of all high-temperature processes, as well as the distribution of temperature range plugs for the composite material TiFe-20C-2B using software ANSYS. Graphic results distribution range of the ignition temperature and maximum temperature of the high-temperature synthesis confirmed mathematical calculations by Laplace (or indirect method). We used numerical modeling procedures Steaty-State Thermal, finite element method in software package ANSYS for a detailed analysis of the temperature of the start combustion and maximum temperature of the high-temperature synthesis of the cylindrical blank and thin bushings. The resulting solution of the Laplace transform method and an alternative solution using software package ANSYS makes it possible to compare the convergence of computing. The use of numerical and analytical methods enables to complex analyze thermal, physical and chemical processes in a cylindrical detail of the composite material, which we received during the high-temperature synthesis.

1. Мержанов, А. Г. Твердопламенное горение [Текст] / А. Г. Мержанов, A. C. Мукасьян. – М. : Торус Пресс, 2007. – 336 с.
2. Мержанов, А. Г. Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических материалов [Текст] / А. Г. Мержанов // Успехи химии. – 2003. – Т. 72, No4. – С. 323–345.
3. Onyshchuk, O. O. Structure and tribological characteristics of TiFe-xC triboengineering materials obtained by self-propagating high-temperature synthesis [Text] / O. O. Onyshchuk // Materials Science. – November 2013. – V. 49, Issue 3. – Рp. 18–424.
4. Stelmakh, L. S. Mathematical modeling of termal regimes of SHS compaction [Text] / L. S. Stelmakh, N. N. Zhilyaeva, A. M. Stolin. – Inzh. -Fiz., 1992. – V. 63. – No5.
5. Письменская, Е. Б. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений в режиме динамического теплового взрыва: автореферат на соискание научной степени физико-математических наук: спец. 01. 04. 17 «Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва» [Text] / Е. Б. Письменская // Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН. – Чорноголовка, 2000. – 20 с.
6. Щербаков, В. А. Макрокинетика самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с участием жидкой фазы: дис. докт. физ. -мат. наук: 01. 04. 17 [Текст] / В. А. Щербаков. – Черноголовка, 1999. – 190 с.
7. Зиновьев, В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах [Текст] / В. Е. Зиновьев // Справочник. – М. : Металлургия,1989. – 384 с.
8. Инженерный анализ в ANSYS Workbench: учеб. пособ. [Текст] /В. А. Бруяка, В. Г. Фокин, Е. А. Солдусова, Н. А. Глазунова, И. Е. Адеянов. – Самара:Самар. гос. техн. . ун-т, 2010. – 271 с.

1. Merzhanov, A. H. Tverdoplamennoe horenie [Text] / A. H. Merzhanov, A. C. Mukasian. – M. : Torus Press, 2007. – 336 p.
2. Merzhanov, A. H. Protsessy horeniia i vzryva v fizikokhimii i tekhnolohii neorhanicheskikh materialov [Text] / A. H. Merzhanov // Uspekhi khimii. – 2003. – V. 72, No4. – P. 323–345.
3. Onyshchuk, O. O. Structure and tribological characteristics of TiFe-xC triboengineering materials obtained by self-propagating high-temperature synthesis [Text] / O. O. Onyshchuk // Materials Science. – November 2013. – V. 49, Issue 3. – Rp. 18–424.
4. Stelmakh, L. S. Mathematical modeling of termal regimes of SHS compaction [Text] / L. S. Stelmakh, N. N. Zhilyaeva, A. M. Stolin. – Inzh. -Fiz., 1992. – V. 63. – No5.
5. Pismenskaia, E. B. Vysokotemperaturnyi sintez intermetallicheskikh soedinenii v rezhime dinamicheskoho teplovoho vzryva: avtoreferat na soiskanie nauchnoi stepeni fiziko-matematicheskikh nauk: spets. 01. 04. 17 "Khimicheskaia fizika, v tom chisle fizika horeniia i vzryva" [Text] / E. B. Pismenskaia // Institut strukturnoi makrokinetiki i problem materialovedeniia RAN. – Chornoholovka, 2000. – 20 p.
6. Shcherbakov, V. A. Makrokinetika samorasprostraniaiushchehosia vysokotemperaturnoho sinteza s uchastiem zhidkoi fazy: dis. dokt. fiz. -mat. nauk: 01. 04. 17 [Text] / V. A. Shcherbakov. – Chernoholovka, 1999. – 190 p.
7. Zinovev, V. E. Teplofizicheskie svoistva metallov pri vysokikh temperaturakh [Text] / V. E. Zinovev // Spravochnik. – M. : Metallurhiia,1989. – 384 p.
8. Inzhenernyi analiz v ANSYS Workbench: tutorial [Text] /V. A. Bruiaka, V. H. Fokin, E. A. Soldusova, N. A. Hlazunova, I. E. Adeianov. – Samara:Samar. hos. tekhn. . un-t, 2010. – 271 p.